(57)【要約】【課題】超音波振動子２１・２２への駆動信号の出力と出力停止との切り替えを簡単に且つ安価な部品で行う。【解決手段】駆動装置１は、超音波振動子２１・２２を駆動する駆動信号を出力する送信部１１と、送信部１１から超音波振動子２１・２２への駆動信号の出力経路６・７中に設けられ、高圧側巻線３１ｂ・３２ｂが出力経路６・７に直列に接続されたトランス３１・３２と、トランス３１・３２の低圧側巻線３１ａ・３２ａを短絡状態と開放状態とに切り替えるスイッチ部材３３・３４とを有する。【選択図】図１
2010190866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動子を駆動する駆動信号を出力する送信部と、
前記送信部から前記超音波振動子への前記駆動信号の出力経路中に設けられ、高圧側巻線が前記出力経路に直列に接続されたトランスと、
前記トランスの低圧側巻線を短絡状態と開放状態とに切り替えるスイッチ部材と
を有することを特徴とする超音波振動子の駆動装置。
【請求項２】
前記超音波振動子および前記送信部の少なくとも一方が複数であり、
前記トランスは、前記送信部から前記超音波振動子への前記駆動信号の各出力経路中にそれぞれ設けられ、
前記スイッチ部材は、スイッチ駆動信号により前記トランスの短絡状態と開放状態とを切り替え可能にされており、
前記複数のトランスの内の何れか一つが短絡状態となり、残りが開放状態となるように、前記スイッチ駆動信号を前記各スイッチ部材にそれぞれ出力するスイッチ駆動制御部を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子の駆動装置。
【請求項３】
２個の前記超音波振動子に対して前記駆動信号を出力可能にされた単数の前記送信部を有し、
前記スイッチ駆動制御部は、前記スイッチ駆動信号を反転させる反転回路を有し、前記スイッチ駆動信号を一方の前記超音波振動子に出力すると同時に、前記反転回路で反転された前記スイッチ駆動信号を他方の前記超音波振動子に出力することを特徴とする請求項２に記載の超音波振動子の駆動装置。
【請求項４】
前記スイッチ部材が、電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の超音波振動子の駆動装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の超音波振動子の駆動装置を備えたことを特徴とする水中探知装置。
【請求項６】
船体への取付け位置、指向角、送信周波数のうち、少なくとも１つの要素が異なる複数の前記超音波振動子を有することを特徴とする請求項５に記載の水中探知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を出力する超音波振動子の駆動装置に関し、この駆動装置を備えた魚群探知機や測深機等の水中探知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波振動子を備えた水中探知装置は、２周波魚群探知機等のように、超音波の送信位置や送信周波数、指向角等を切り替えながら複数の超音波を出力することが要望される場合がある。このような要望に応えるため、水中探知装置は、例えば特許文献１に記載の超音波振動子の駆動装置を備えている。
【０００３】
具体的には、特許文献１の駆動装置は、複数種類の周波数のパルスを出力する送信回路と、送信回路から出力されるパルスが低圧側に印加されるトランスと、パルスの周波数に応じて共振する共振回路とを有し、共振回路を各超音波振動子に直列に接続し、共振回路および超音波振動子からなる複数の直列体をトランスの高圧側に並列に接続した構成にされている。
【０００４】
上記の構成によれば、パルスの周波数に応じてトランスの高圧側に接続される複数の超音波振動子を選択的に駆動すると共に、パルス幅を制御することによって、所望の超音波振動子を駆動することが可能になっている。これにより、例えば、２周波魚群探知機等の水中探知装置に搭載される超音波振動子の駆動装置として好適に用いることが可能になっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の構成では、各超音波振動子のアイソレーションが確保されていないため、共振回路の周波数が近接や一致していると、所望の超音波振動子だけを駆動することができない。
【０００６】
そこで、送信回路と各超音波振動子との間をＦＥＴ（Field Effect Transistor）等のスイッチング素子を介して直列的に接続し、スイッチング素子の切り替えにより所望の超音波振動子だけを駆動する構成が考えられる。ところが、この場合には、水中探知装置が一般的に１０００ボルト以上の高電圧で超音波振動子を駆動するため、高耐圧用の高価なスイッチング素子を用いることが必要となり、コストアップを招来する。
【０００７】
本発明は、たとえ駆動信号の周波数が近接や一致している場合であっても、超音波振動子への駆動信号の出力と出力停止との切り替えを簡単に且つ安価な部品で確実に行うことができる超音波振動子の駆動装置およびそれを備えた水中探知装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の超音波振動子の駆動装置は、超音波振動子を駆動する駆動信号を出力する送信部と、前記送信部から前記超音波振動子への前記駆動信号の出力経路中に設けられ、高圧側巻線が前記出力経路に直列に接続されたトランスと、前記トランスの低圧側巻線を短絡状態と開放状態とに切り替えるスイッチ部材とを有している。
【０００９】
上記の構成によれば、送信部から駆動信号が出力されると、この駆動信号は、出力経路を進行し、出力経路中に直列接続されたトランスの高圧側巻線に到達する。トランスは、低圧側巻線がスイッチ部材により短絡状態と開放状態とに切り替え可能にされている。スイッチ部材によりトランスの低圧側巻線が短絡状態にされていた場合には、トランスがインピーダンス変換された結果として、高圧側巻線においても短絡状態となる。従って、高圧側巻線のインピーダンス値が大幅に減少するため、高圧側巻線に到達した駆動信号は、ほとんど減衰することなく超音波振動子に到達する。この結果、超音波振動子が駆動信号により駆動され、駆動信号の周波数で振動および共振することによって、超音波振動子から超音波が出力されることになる。
【００１０】
一方、スイッチ部材によりトランスの低圧側巻線が開放状態にされていた場合には、高圧側巻線が駆動信号の周波数と高圧側巻線のインダクタンス値Ｌとの関係に基づいたインピーダンスを有することになる。従って、高圧側巻線に到達した駆動信号を高圧側巻線のインピーダンスにより大幅に減衰させることが可能になる。この結果、超音波振動子の駆動が大幅に低減されることによって、超音波の出力が停止されることになる。
【００１１】
このように、超音波振動子の駆動装置は、スイッチ部材によりトランスの短絡状態と開放状態とを切り替えるという簡単な構成によって、たとえ駆動信号の周波数が近接や一致している場合であっても、超音波振動子への駆動信号の出力と出力停止との切り替えを確実に行うことができる。
【００１２】
また、理想的なトランスは、電圧が巻数に比例し、電流が巻数に反比例するという関係を有している。従って、トランスの低圧側巻線の電圧が高圧側巻線の電圧よりも巻数に比例して低圧となるため、高電圧の駆動信号が用いられた場合であっても、低圧側巻線の電圧状態について、巻数を調整することによって、駆動信号を直接的にオンーオフする場合よりも低圧用のもの、即ち、高圧用の特殊なスイッチ部材を用いる必要がない電圧状態にすることができる。この結果、超音波振動子の駆動装置は、トランスと低電圧用の一般的なスイッチ部材とを用いることが可能になるため、スイッチ部材によりトランスの短絡状態と開放状態とを切り替えるという構成を安価な部品で得ることができる。
【００１３】
また、本発明の超音波振動子の駆動装置は、前記超音波振動子および前記送信部の少なくとも一方が複数であり、前記トランスは、前記送信部から前記超音波振動子への前記駆動信号の各出力経路中にそれぞれ設けられ、前記スイッチ部材は、スイッチ駆動信号により前記トランスの短絡状態と開放状態とを切り替え可能にされており、前記複数のトランスの内の何れか一つが短絡状態となり、残りが開放状態となるように、前記スイッチ駆動信号を前記各スイッチ部材にそれぞれ出力するスイッチ駆動制御部を有する構成にされていてもよい。
【００１４】
上記の構成によれば、超音波振動子および送信部の少なくとも一方が複数であることによって、単数の超音波振動子に対して複数の送信部が存在する第１形態と、複数の超音波振動子に対して単数の送信部が存在する第２形態と、複数の超音波振動子に対して複数の送信部が存在する第３形態とを使用環境や用途に応じて構成することができる。また、出力経路は、使用環境や用途に応じて、送信部と超音波振動子とを１対１の関係で結んだり、１対ｎ（複数）、ｎ（複数）対１、ｎ（複数）対ｎ（複数）の関係で結ぶことが可能になる。
【００１５】
各出力経路には、トランスが直列状態に設けられ、これらの各トランスは、スイッチ部材により短絡状態と開放状態とを切り替え可能にされている。そして、この切り替えは、スイッチ駆動制御部からスイッチ部材に出力されるスイッチ駆動信号によって、複数のトランスの内の何れか一つが短絡状態となり、残りが開放状態となるように行われる。これにより、単数の超音波振動子に対して複数の送信部が存在する第１形態で構成された場合には、各送信部から出力される駆動信号の周波数に応じた超音波を一つの超音波振動子から出力させることが可能になる。即ち、例えば、各送信部が異なる周波数の駆動信号を出力すれば、異なる超音波を一つの超音波振動子から出力させることが可能になる。
【００１６】
また、複数の超音波振動子に対して単数の送信部が存在する第２形態で構成された場合には、一つの送信部から出力される駆動信号の周波数に応じた超音波を各超音波振動子から出力させることが可能になる。
【００１７】
さらに、複数の超音波振動子に対して複数の送信部が存在する第３形態で構成された場合には、送信部と超音波振動子とを１対１の関係で結んでいたり、１対ｎ（複数）、ｎ（複数）対１、ｎ（複数）対ｎ（複数）の関係で結ぶことが可能になるため、上記の第１形態および第２形態を組み合わせた超音波の出力が可能になる。
【００１８】
本発明の超音波振動子の駆動装置は、２個の前記超音波振動子に対して前記駆動信号を出力可能にされた単数の前記送信部を有し、前記スイッチ駆動制御部は、前記スイッチ駆動信号を反転させる反転回路を有し、前記スイッチ駆動信号を一方の前記超音波振動子に出力すると同時に、前記反転回路で反転された前記スイッチ駆動信号を他方の前記超音波振動子に出力する構成にされていてもよい。
【００１９】
上記の構成によれば、反転回路によりスイッチ駆動信号を２つの超音波振動子の駆動に使用することができるため、スイッチ駆動制御部を簡単且つ安価、小型に構成することができる。この結果、超音波振動子の駆動装置を簡単且つ安価に構成できることに加えて、駆動装置の小型化が可能になる。
【００２０】
また、本発明の超音波振動子の駆動装置における前記スイッチ部材は、電界効果トランジスタであってもよい。
【００２１】
上記の構成によれば、電界効果トランジスタが半導体素子で構成されているため、機械的な駆動機構を備えたスイッチ部材よりも小型となる。この結果、超音波振動子の駆動装置を簡単且つ安価に構成できることに加えて、駆動装置の小型化が可能になる。
【００２２】
また、本発明の超音波振動子の駆動装置は、水中探知装置に備えられていてもよい。換言すれば、本発明の水中探知装置は、上記のように構成された超音波振動子の駆動装置を備えている。この構成によれば、水中探知装置を簡単且つ安価、小型に構成することが可能になる。
【００２３】
また、本発明の超音波振動子の駆動装置は、超音波振動子の取付け位置と、前記超音波振動子の指向角と、前記超音波振動子から送信される前記超音波の周波数とをとして有し、これら要素の内の少なくとも一つを複数有した船底条件の船舶に搭載される水中探知装置に備えられていてもよい。換言すれば、本発明の水中探知装置は、船体への取付け位置、指向角、送信周波数のうち、少なくとも１つの要素が異なる複数の前記超音波振動子を有してもよい。さらに、換言すれば、本発明の水中探知装置は、上記のように構成された超音波振動子の駆動装置を備え、前記超音波振動子の取付け位置と、前記超音波振動子の指向角と、前記超音波振動子から送信される前記超音波の周波数とを要素として有し、これら要素の内の少なくとも一つを複数有した船底条件の船舶に搭載されるようになっていてもよい。
【００２４】
上記の構成によれば、複雑な、あるいは特殊な船底条件の船舶に搭載される水中探知装置を簡単且つ安価、小型に構成することが可能になる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、たとえ駆動信号の周波数が近接や一致している場合であっても、超音波振動子への駆動信号の出力と出力停止との切り替えを簡単に且つ安価な部品で確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】超音波振動子の駆動装置の説明図である。
【図２】駆動装置を含む水中探知装置のブロック図である。
【図３】スイッチ駆動部の回路図である。
【図４】超音波振動子の船底の配置状態を示す説明図である。
【図５】超音波振動子の船底の配置状態を示す説明図である。
【図６】超音波振動子の船底の配置状態を示す説明図である。
【図７】駆動装置の信号出力状態を示す説明図である。
【図８】超音波振動子の駆動装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態に係る超音波振動子の駆動装置およびそれを備えた水中探知装置ついて、図を参照して説明する。
【００２８】
（駆動装置１の構成）
図１に示すように、駆動装置１は、超音波振動子２１・２２を簡単且つ安価なスイッチ構成で駆動および駆動停止して超音波の出力と出力停止とを切り替え制御する構成にされている。尚、本実施形態においては、２個の超音波振動子２１・２２を駆動制御する場合について説明するが、１以上の超音波振動子を駆動制御する構成に適用することができる。
【００２９】
具体的には、駆動装置１は、少なくとも１個の超音波振動子２１を駆動する駆動信号を出力する送信部１１と、送信部１１から超音波振動子２１への駆動信号の出力経路６中に設けられ、高圧側巻線３１ｂが出力経路６に直列に接続されたトランス３１と、トランス３１の低圧側巻線３１ａを短絡状態と開放状態とに切り替えるスイッチ部材３３とを有している。
【００３０】
上記の超音波振動子２１は、厚み方向に分極された円板状の圧電セラミック素子により形成されており、駆動信号等の電気信号と超音波との間の相互変換を行う機能を有している。尚、超音波振動子２１は、超音波を送信する送波器専用とされていてもよいし、送波器用と超音波の反射波を受信する受波器用とに兼用されていてもよい。
【００３１】
また、超音波振動子２１を駆動する『駆動信号』は、超音波振動子２１を共振させる周波数であれば、特に駆動信号の周波数および出力値（Ｗ）が限定されるものではないが、魚群探知機や測深機等の水中探知装置に適用される場合には、１ｋＷや２ｋＷ程度の出力値となるように、８００Ｖpp〜２０００Ｖpp程度の電圧の駆動電圧に設定されることが好ましい。
【００３２】
送信部１１は、所望の周波数の駆動信号を任意のタイミングで出力可能な全ての構成を適用することができる。例えば、送信部１１は、複数種類の周波数のパルスを出力する送信回路と、送信回路から出力されるパルスが高圧側に印加されるトランスと、パルスの周波数に応じて共振する共振回路とを有し、共振回路から駆動信号を出力するように構成されていてもよい。或いは、送信部１１は、スイッチング素子を用いたフルブリッジ回路やハーフブリッジ回路を有し、ＰＤＭ制御方式やＰＷＭ制御方式により形成されたドライブ信号により上記のスイッチング素子を駆動することによって、駆動信号を出力するように構成されていてもよい。
【００３３】
具体的には、送信部１１は、図２に示すように、ドライバＩ／Ｆ１１１と、ドライバ回路１１２とＴＸ増幅回路１１３と送信側整合回路１１４とを有している。ドライバＩ／Ｆ１１１は、制御部１６から入力された基準信号に対応するクロック信号と、スイッチングを制御するデジタル制御信号とに基づいて、ドライバ回路１１２を制御するドライブ信号を生成する。ドライブ信号は、ＰＷＭ制御方式の信号であり、このドライブ信号の生成は、アナログ的に処理を行うときのＲＡＭＰ信号とアナログ制御信号とに対応するデジタル制御信号に基づいてデジタル的に行われる。尚、ＰＷＭ制御方式をアナログ的に処理する場合は、鋸歯状のＲＡＭＰ信号と所望の超音波に応じたアナログ制御信号とを比較してドライブ信号が形成される。
【００３４】
ドライバＩ／Ｆ１１１は、ドライバ回路１１２にドライブ信号を出力可能に接続されている。ドライバ回路１１２は、２個のＦＥＴを備えたハーフブリッジ回路を備えている。ドライバ回路１１２は、ハーフブリッジ回路にドライブ信号が入力されたときに、ＦＥＴのスイッチングにより所定の駆動パルス信号を形成すると共に、変換回路により駆動パルス信号を所定値にレベルシフトすることによって、ドライブ信号を正弦波状の駆動信号に変換して出力する。ドライバ回路１１２は、ＴＸ増幅回路１１３に駆動信号を出力可能に接続されている。ＴＸ増幅回路１１３は、駆動信号を増幅して送信側整合回路１１４に出力する。送信側整合回路１１４は、送受切替回路２０、出力経路６およびトランス３１を介して超音波振動子２１に駆動信号を出力可能に接続されている。
【００３５】
上記のように構成された送信部１１は、図１に示すように、トランス３１に駆動信号を出力可能に接続されている。トランス３１は、低圧側巻線３１ａが汎用品のスイッチ部材３３の耐電圧以下、例えば５００Ｖpp以下となるように、低圧側巻線３１ａと高圧側巻線３１ｂとの巻線比が設定されている。例えば、駆動電圧が１０００Ｖppである場合には、低圧側巻線３１ａと高圧側巻線３１ｂとの巻線比が１対２に設定される。
【００３６】
この理由は、理想的なトランス３１は、電圧が巻数に比例し、電流が巻数に反比例するという関係を有している。従って、トランス３１の低圧側巻線３１ａの電圧が高圧側巻線３１ｂの電圧よりも巻数に比例して低圧となるため、高電圧の駆動信号が用いられた場合であっても、低圧側巻線３１ａの電圧状態について、巻数を調整することによって、駆動信号を直接的にオンーオフする場合よりも低圧用のもの、即ち、高圧用の特殊なスイッチ部材３３を用いる必要がない電圧状態にすることができるからである。
【００３７】
上記のトランス３１の低圧側巻線３１ａに接続されたスイッチ部材３３は、５００Ｖpp以下等の耐電圧を有した電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）等の半導体スイッチが用いられている。これにより、スイッチ部材３３は、半導体素子で構成されるため、機械的な駆動機構を備えたリレー等の部品よりも小型であることから、駆動装置１を簡単且つ安価に構成できることに加えて、駆動装置１の小型化を可能にする。この結果、駆動装置１は、トランス３１と低電圧用の一般的なスイッチ部材３３とを用いることが可能になるため、スイッチ部材３３によりトランス３１の短絡状態と開放状態とを切り替えるという構成を安価な部品で得られることになる。
【００３８】
尚、スイッチ部材３３は、トランス３１の低圧側巻線３１ａを短絡状態と開放状態とに切り替える構成であれば、機械的な構成および電気的な構成の何れで構成されていてもよい。さらに、スイッチ部材３３は、オペレータにより手動で切り替え可能にされていても、スイッチ駆動信号により自動で切り替え可能にされていてもよいし、手動による切り替え動作および自動による切り替え動作を選択可能にされていてもよい。
【００３９】
手動による機械的な構成のスイッチ部材３３としては、トグルスイッチやロータリースイッチ等の機械的接点を有した切替スイッチを例示することができる。また、自動による機械的な構成のスイッチ部材３３としては、機械的接点をコイルで開閉するリレーを例示することができる。また、自動による電気的な構成のスイッチ部材３３としては、上述の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）等の半導体スイッチを例示することができる。
【００４０】
また、駆動装置１は、複数の超音波を自動的に交互に出力する構成にされている。具体的には、駆動装置１は、２個の超音波振動子２１・２２を駆動する駆動信号を出力する送信部１１と、送信部１１から超音波振動子２１への駆動信号の出力経路６・７中にそれぞれ設けられ、高圧側巻線３１ｂ・３２ｂが出力経路６・７に直列に接続されたトランス３１・３２と、スイッチ駆動信号によりトランス３１・３２の低圧側巻線３１ａ・３２ａを短絡状態と開放状態とに切り替えるスイッチ部材３３・３４と、各スイッチ部材３３・３４にスイッチ駆動信号を出力するスイッチ駆動制御部１２とを有している。トランス３１・３２およびスイッチ部材３３・３４は、超音波振動子２１・２２の作動状態を交互（順番）に切り替える切替部３を構成している。切替部３の詳細については後述する。
【００４１】
スイッチ駆動制御部１２は、駆動装置１全体の動作を制御する制御部１６と、制御部１６からスイッチ信号が入力されるスイッチ駆動部１７とを有している。スイッチ信号は、一定時間毎にハイレベルとローレベルとが切り替わる方形波状の信号形態にされている。
【００４２】
スイッチ信号が入力されるスイッチ駆動部１７は、スイッチ信号を逆位相とする反転回路１８を有している。スイッチ駆動部１７は、反転回路１８を備えることによって、スイッチ信号を同位相のスイッチ駆動信号として出力すると同時に、逆位相のスイッチ駆動信号として出力する機能を有している。換言すれば、スイッチ駆動部１７は、一つのスイッチ信号を時間軸において対称形となる２個のスイッチ駆動信号に分割して出力する機能を有している。これにより、スイッチ駆動制御部１２は、スイッチ駆動部１７から互いに逆位相のスイッチ駆動信号をスイッチ部材３３・３４にそれぞれ出力させることによって、トランス３１・３２を交互に短絡状態にさせ、ひいては超音波振動子２１・２２を交互に作動状態と作動停止状態とに切り替えるようになっている。スイッチ駆動部１７の詳細な構成については後述する。
【００４３】
さらに、駆動装置１は、受信部１３を備えている。受信部１３は、図２に示すように、超音波振動子２１・２２で受信した超音波の受信信号をデジタル処理に適した信号形態に変換して制御部１６に出力するように構成されている。即ち、受信部１３は、受信側整合回路１３４と、受信側整合回路１３４を介して入力されたアナログ形態の受信信号を増幅するプリアンプ１３３と、受信信号の周波数帯域以外のノイズ成分を除去するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１３２と、その受信周波数帯域の信号を所定のサンプリング周期でサンプリングし、デジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１３１とを有している。
【００４４】
受信部１３は、送信部１１とで送受信部１９を構成している。送受信部１９は、超音波振動子２１・２２に対して共用されていてもよいし、各超音波振動子２１・２２毎に専用とされていてもよい。即ち、送受信部１９は、各超音波振動子２１・２２に対応してそれぞれ設けられていてもよい。
【００４５】
さらに、駆動装置１は、送受切替回路２０を備えている。送受切替回路２０は、上述の送信部１１と受信部１３とに接続されており、送信期間に送信側整合回路１１４を介して入力したＴＸ増幅回路１１３の出力信号を超音波振動子２１・２２へ導き、受信期間に超音波振動子２１・２２が出力した信号を、受信側整合回路１３４を介してプリアンプ１３３へ受信信号として導くようになっている。これにより、駆動装置１は、超音波振動子２１・２２を送信用と受信用とに兼用することが可能になっている。
【００４６】
（切替部３の詳細）
図２に示すように、切替部３は、２個の超音波振動子２１・２２の内の一方の超音波振動子２１の一方の電極端と他方の電極端とにそれぞれ接続されたトランス３１・３１と、他方の超音波振動子２２の一方の電極端と他方の電極端とにそれぞれ接続されたトランス３２・３２とを有している。各トランス３１・３２の高圧側巻線３１ｂ・３２ｂは、送受切替回路２０を介して送信部１１に接続されている。一方、各トランス３１・３２の低圧側巻線３１ａ・３２ａには、スイッチ部材３３・３４がそれぞれ接続されている。尚、トランス３１・３２およびスイッチ部材３３・３４は、同一の機能、性能および構成を有し、同一の接続状態にされている。
【００４７】
図３に示すように、各スイッチ部材３３・３４は、２個のＦＥＴ５１・５２を備えている。これらのＦＥＴ５１・５２は、ドレイン端子５１ａ・５２ａ同士が接続されていると共に接地されている。一方のＦＥＴ５１のソース端子５１ｂは、トランス３１の低圧側巻線３１ａの一方端側に接続されている。また、他方のＦＥＴ５２のソース端子５２ｂは、トランス３１の低圧側巻線３１ａの他方端側に接続されている。さらに、ＦＥＴ５１・５２のゲート端子５１ｃ・５２ｃは、スイッチ駆動部１７に接続されている。これにより、スイッチ部材３３・３４は、スイッチ駆動部１７からのスイッチ駆動信号によりＦＥＴ５１・５２が作動状態と停止状態とに切り替え制御されることによって、低圧側巻線３１ａを短絡状態と開放状態とに切り替え制御することが可能になっている。
【００４８】
（スイッチ駆動部１７の詳細）
上記のスイッチ部材３３・３４にスイッチ駆動信号を出力するスイッチ駆動部１７は、ＦＥＴドライバ部１７１とレベル検出部１７２と保護部１７３とを有している。ＦＥＴドライバ部１７１は、負/正出力電圧振幅機能を備えたデュアル・ゲート・ドライバ１７１１を有している。デュアル・ゲート・ドライバ１７１１は、図１の反転回路１８に相当する機能を有している。また、デュアル・ゲート・ドライバ１７１１は、スイッチ信号が入力される入力端子１７１１ａと、スイッチ信号と同位相のスイッチ駆動信号を出力する第１出力端子１７１１ｂと、スイッチ信号と逆位相のスイッチ駆動信号を出力する第２出力端子１７１１ｃとを有している。
【００４９】
第１出力端子１７１１ｂは、一方の超音波振動子２１を駆動制御するスイッチ部材３３に接続されている。また、第２出力端子１７１１ｃは、他方の超音波振動子２２を駆動制御するスイッチ部材３４に接続されている。これにより、デュアル・ゲート・ドライバ１７１１は、入力端子１７１１ａにスイッチ信号が入力されたときに、このスイッチ信号と同位相のスイッチ駆動信号を第１出力端子１７１１ｂからスイッチ部材３３に出力すると同時に、スイッチ信号と逆位相のスイッチ駆動信号を第２出力端子１７１１ｃからスイッチ部材３４に出力するようになっている。
【００５０】
デュアル・ゲート・ドライバ１７１１の入力端子１７１１ａには、レベル検出部１７２からスイッチ信号が入力されるようになっている。レベル検出部１７２は、比較回路１７２１を有している。比較回路１７２１は、保護部１７３からの入力信号（スイッチ信号）を基準電圧と比較し、ハイレベルとローレベルとに２値化された電圧信号であるスイッチ信号を出力する。
【００５１】
上記のレベル検出部１７２の入力側には、保護部１７３が接続されている。保護部１７３は、電圧監視回路１７３１を備えている。電圧監視回路１７３１は、電源電圧の瞬断・瞬低時にリセット信号を発生し，電源の正常復帰時にパワーオン・リセットを発生する機能を有している。そして、保護部１７３は、図２の制御部１６からの入力信号（スイッチ信号）の電圧状態を監視し、所定の電圧範囲内にある入力信号だけをスイッチ信号としてレベル検出部１７２に出力するようになっている。
【００５２】
（水中探知装置４の構成）
上記のように構成にされた駆動装置１は、水中探知装置４に搭載されている。ここで、『水中』は、海、湖、池、川等の中を含む。水中探知装置４は、探知装置本体４３と、出力経路６・７等となる信号ケーブルと、信号ケーブルを介して探知装置本体４３に接続された１以上の例えば２個の超音波振動子２１・２２とを有している。探知装置本体４３は、平板状に形成された中空の筐体４１と、筐体４１を支持する支持台４２とを有している。支持台４２は、筐体４１の背面側を回動可能に軸支しており、筐体４１を鉛直方向に対して任意の傾斜角度で傾斜可能に保持している。また、支持台４２は、机等の任意の設置場所においてボルト等を用いて固定可能にされている。
【００５３】
筐体４１には、駆動装置１が内蔵されている。筐体４１の前面側には、表示部１５と操作部１４とが設けられている。表示部１５は、液晶パネルやプラズマパネル等により形成されており、超音波振動子２１・２２で送受信された超音波に基づいた水中画像を２分割して表示可能にされている。また、操作部１４は、複数のボタン等の操作部材を有しており、水中探知装置４に搭載された各種の機能を手動操作により変更可能にしている。例えば、操作部１４は、超音波振動子２１・２２を駆動する駆動信号の周波数を変更する操作や、表示部１５の２分割画面を縦方向や横方向に変更する操作等を可能にしている。
【００５４】
尚、水中探知装置４は、固定式である必要はなく、持ち運びが自在な携帯型であってもよい。この場合には、陸地から釣等を行う場合に有効となる。また、駆動装置１は、水中探知装置４の他、超音波を伝播させる媒体を介して対象物までの距離を測定する全ての装置に搭載可能である。例えば、駆動装置１は、山や建物、壁等までの距離測定に用いられる空気を媒体とする測距装置に搭載されていてもよい。さらに、駆動装置１は、超音波を出力する用途の全ての超音波出力装置に搭載することができる。
【００５５】
（船舶５の構成）
上記の水中探知装置４は、船舶５に搭載されるようになっている。船舶５は、小型の漁船やプレジャボート、大型のクルーザー、タンカー等の各種のタイプが例示される。水中探知装置４が搭載された船舶５には、探知装置本体４３が操舵室に設置されている。また、船舶５の船底には、超音波振動子２１・２２が設けられている。
【００５６】
船舶５は、超音波振動子２１・２２の取付け位置と、超音波振動子２１・２２の指向角と、超音波振動子２１・２２から送信される超音波の周波数とを要素として有している。そして、船舶５は、上記の要素の内の少なくとも一つを複数有している。
【００５７】
具体的には、船舶５は、例えば図４に示すように、船舶５の船底の同一場所に超音波振動子２１・２２を設置し、同一周波数で指向角が異なるという各要素を船底条件とする場合がある。また、船舶５は、例えば図５に示すように、同一周波数で進行方向に異なる場所（大型船の船首と船尾等）に取付けるという各要素を船底条件する場合がある。船舶５は、例えば図６に示すように、同一送受波器（超音波振動子２１・２２）および進行方向に同一場所で、異なる方向（左舷４５度方向、右舷４５度方向等）に取付けるという各要素を船底条件する場合がある。
【００５８】
（駆動装置１の動作）
上記の構成において、船舶５が水中探知装置４により水中を探知する場合における駆動装置１の動作を説明する。
【００５９】
図１に示すように、先ず、操作部１４が操作されることによって、各超音波振動子２１・２２で使用される超音波の周波数が所望の値に設定されると共に、探知範囲（探知精度や探知距離等）、表示部１５の表示形態等が設定される。そして、操作部１４における図示しない探知開始ボタンが押圧されると、水中探知装置４による水中探知が開始される。
【００６０】
即ち、図７（ａ）にも示すように、制御部１６から所定の基準信号が出力され、この基準信号に対応した周波数を有し、８００Ｖpp〜２０００Ｖpp程度の交流状態の駆動電圧を有した駆動信号が送信部１１から所定の時間間隔で一定時間出力される。送信部１１から駆動信号が出力されると、この駆動信号は、出力経路６・７を進行し、出力経路６・７中に直列接続されたトランス３１・３２の高圧側巻線３１ｂ・３２ｂに到達する。
【００６１】
この際、トランス３１・３２の高圧側巻線３１ｂ・３２ｂは、８００Ｖpp〜２０００Ｖpp程度の電圧が印加されることになるが、耐圧が２０００Ｖを超えるトランス３１・３２は、通常の汎用品から容易に選択することができる。従って、汎用品のトランス３１・３２が用いられた場合でも、トランス３１・３２が駆動信号により早期に破損することはない。
【００６２】
また、上記のトランス３１・３２は、低圧側巻線３１ａ・３２ａが汎用品の耐電圧以下、例えば５００Ｖpp以下となるように、低圧側巻線３１ａ・３２ａと高圧側巻線３１ｂ・３２ｂとの巻線比が設定されている。従って、低圧側巻線３１ａ・３２ａに接続されたスイッチ部材３３・３４であるＦＥＴ５１・５２は、低電圧用の一般的なものを用いた場合でも、駆動信号の影響により早期に破損することはない。
【００６３】
尚、低圧側巻線３１ａ・３２ａと高圧側巻線３１ｂ・３２ｂとの巻線比の設定は、下記の手順で行われる。即ち、駆動信号が１０００Ｖppに設定されるとした場合、低圧側巻線３１ａ・３２ａを５００Ｖpp以下にしようとすると、高圧側巻線３１ｂ・３２ｂのＬ値が９００Ω程度、超音波振動子２１のインピーダンス値が１００Ω程度であるから、高圧側巻線３１ｂ・３２ｂに９００Ｖppが印加されることによって、高圧側巻線３１ｂ・３２ｂと低圧側巻線３１ａ・３２ａとの巻線比を２対１に設定すれば、低圧側巻線３１ａ・３２ａが４５０Ｖppとなる。従って、この場合は、高圧側巻線３１ｂ・３２ｂと低圧側巻線３１ａ・３２ａとの巻線比が２対１に設定されることになる。
【００６４】
上記のトランス３１・３２は、低圧側巻線３１ａ・３２ａがスイッチ部材３３・３４により短絡状態と開放状態とに切り替え可能にされている。即ち、図７（ｂ）にも示すように、スイッチ部材３３・３４には、スイッチ駆動部１７からスイッチ駆動信号がオン状態（ハイレベル）とオフ状態（ローレベル）とを交互に切り替えながら入力されている。また、スイッチ部材３３・３４に入力される各スイッチ駆動信号は、位相が１８０度異なった状態、即ち、互いに逆位相にされている。これにより、一方のスイッチ部材３３により一方のトランス３１の低圧側巻線３１ａが短絡状態にされた場合には、他方のスイッチ部材３４により他方のトランス３２の低圧側巻線３２ａが開放状態となる。
【００６５】
スイッチ部材３３・３４によりトランス３１・３２の低圧側巻線３１ａ・３２ａが短絡状態にされた場合には、トランス３１・３２がインピーダンス変換された結果として、高圧側巻線３１ｂ・３２ｂにおいても短絡状態となる。従って、高圧側巻線３１ｂ・３２ｂのインピーダンス値が大幅に減少するため、高圧側巻線３１ｂ・３２ｂに到達した駆動信号は、ほとんど減衰することなく超音波振動子２１・２２に到達する。
【００６６】
一方、スイッチ部材３３・３４によりトランス３１・３２の低圧側巻線３１ａ・３２ａが開放状態にされていた場合には、高圧側巻線３１ｂ・３２ｂが駆動信号の周波数と高圧側巻線３１ｂ・３２ｂのインダクタンス値Ｌとの関係に基づいたインピーダンスを有することになる。従って、高圧側巻線３１ｂ・３２ｂに到達した駆動信号は、高圧側巻線３１ｂ・３２ｂのインピーダンスにより大幅に減衰されることになる。この結果、超音波振動子２１・２２の駆動が大幅に低減されることによって、超音波の出力が停止されることになる。
【００６７】
この結果、図７（ｃ）にも示すように、超音波振動子２１・２２が駆動信号により所定の時間間隔で交互に一定時間駆動され、駆動信号の周波数で振動する結果、超音波振動子２１・２２から一定時間の超音波が所定の時間間隔で交互に出力されることになる。そして、水中内に存在する砂地や岩、魚等の対象物を反射した超音波が超音波振動子２１・２２において受信されると、超音波振動子２１・２２により電気的な受信信号とされる。受信信号は、トランス３１・３２の高圧側巻線３１ｂ・３２ｂのインピーダンス値が大幅に減少された期間内であれば、受信部１３を介して制御部１６に取り込まれる。そして、超音波振動子２１・２２による超音波の送受信により交互に得られた水中情報が水中探知装置４の表示部１５に２画面表示される。
【００６８】
（概要）
以上のように、本実施形態の駆動装置１は、１以上の超音波振動子２１・２２を駆動する駆動信号を出力する送信部１１と、送信部１１から超音波振動子２１・２２への駆動信号の出力経路６・７中に設けられ、高圧側巻線３１ｂ・３２ｂが出力経路６・７に直列に接続されたトランス３１・３２と、トランス３１・３２の低圧側巻線３１ａ・３２ａを短絡状態と開放状態とに切り替えるスイッチ部材３３・３４とを有する構成にされている。
【００６９】
上記の構成によれば、送信部１１から駆動信号が出力されると、この駆動信号は、出力経路６・７を進行し、出力経路６・７中に直列接続されたトランス３１・３２の高圧側巻線３１ｂ・３２ｂに到達する。トランス３１・３２は、低圧側巻線３１ａ・３２ａがスイッチ部材３３・３４により短絡状態と開放状態とに切り替え可能にされている。スイッチ部材３３・３４によりトランス３１・３２の低圧側巻線３１ａ・３２ａが短絡状態にされていた場合には、トランス３１・３２がインピーダンス変換された結果として、高圧側巻線３１ｂ・３２ｂにおいても短絡状態となる。従って、高圧側巻線３１ｂ・３２ｂのインピーダンス値が大幅に減少するため、高圧側巻線３１ｂ・３２ｂに到達した駆動信号は、ほとんど減衰することなく超音波振動子２１・２２に到達する。この結果、超音波振動子２１・２２が駆動信号により駆動され、駆動信号の周波数で振動する結果、超音波振動子２１・２２から超音波が出力されることになる。
【００７０】
一方、スイッチ部材３３・３４によりトランス３１・３２の低圧側巻線３１ａ・３２ａが開放状態にされていた場合には、高圧側巻線３１ｂ・３２ｂが駆動信号の周波数と高圧側巻線３１ｂ・３２ｂのインダクタンス値Ｌとの関係に基づいたインピーダンスを有することになる。従って、高圧側巻線３１ｂ・３２ｂに到達した駆動信号を高圧側巻線３１ｂ・３２ｂのインピーダンスにより大幅に減衰させることが可能になる。この結果、超音波振動子２１・２２の駆動が大幅に低減されることによって、超音波の出力が停止されることになる。
【００７１】
このように、駆動装置１は、スイッチ部材３３・３４によりトランス３１・３２の短絡状態と開放状態とを切り替えるという簡単な構成によって、たとえ駆動信号の周波数が近接や一致している場合であっても、超音波振動子２１・２２への駆動信号の出力と出力停止との切り替えを確実に行うことができる。
【００７２】
また、理想的なトランス３１・３２は、電圧が巻数に比例し、電流が巻数に反比例するという関係を有している。従って、トランス３１・３２の低圧側巻線３１ａ・３２ａの電圧が高圧側巻線３１ｂ・３２ｂの電圧よりも巻数に比例して低圧となるため、高電圧の駆動信号が用いられた場合であっても、低圧側巻線３１ａ・３２ａの電圧状態について、巻数を調整することによって、駆動信号を直接的にオンーオフする場合よりも低圧用のもの、即ち、高圧用の特殊なスイッチ部材を用いる必要がない電圧状態にすることができる。この結果、駆動装置１は、トランス３１・３２と低電圧用の一般的なスイッチ部材３３・３４とを用いることが可能になるため、スイッチ部材３３・３４によりトランス３１・３２の短絡状態と開放状態とを切り替えるという構成を安価な部品で得ることができる。
【００７３】
また、駆動装置１は、２個の超音波振動子２１・２２に対して駆動信号を出力可能にされた単数の送信部１１を有し、スイッチ駆動制御部１２は、スイッチ駆動信号を反転させる反転回路１８を有し、スイッチ駆動信号を一方の超音波振動子２１に出力すると同時に、反転回路１８で反転されたスイッチ駆動信号を他方の超音波振動子２２に出力する構成にされている。
【００７４】
上記の構成によれば、反転回路１８によりスイッチ駆動信号を２つの超音波振動子２１・２２の駆動に使用することができるため、スイッチ駆動制御部１２を簡単且つ安価、小型に構成することができる。この結果、超音波振動子２１・２２の駆動装置を簡単且つ安価に構成できることに加えて、駆動装置の小型化が可能になる。
【００７５】
また、駆動装置１におけるスイッチ部材３３・３４が、電界効果トランジスタである構成にされている。この構成によれば、電界効果トランジスタが半導体素子で構成されるため、機械的な駆動機構を備えたスイッチ部材３３・３４よりも小型となるため、超音波振動子２１・２２の駆動装置１を簡単且つ安価に構成できることに加えて、駆動装置１の小型化が可能になる。
【００７６】
さらに、駆動装置１は、水中探知装置４に備えられている。換言すれば、水中探知装置４は、駆動装置１を備えている。この構成によれば、水中探知装置４を簡単且つ安価、小型に構成することが可能になる。
【００７７】
さらに、駆動装置１は、水中探知装置４に備えられた状態で所定の船底条件の船舶５に搭載されている。換言すれば、水中探知装置４は、船舶５の船体への取付け位置、指向角、送信周波数のうち、少なくとも１つの要素が異なる複数の超音波振動子２１・２２を有している。さらに換言すれば、所定の船底条件の船舶５は、駆動装置１を備えた水中探知装置４を搭載している。『所定の船底条件』とは、超音波振動子２１・２２の取付け位置と、超音波振動子２１・２２の指向角と、超音波振動子２１・２２から送信される超音波の周波数とを要素として有し、これら要素の内の少なくとも一つを複数有したことをいう。この構成によれば、複雑な、あるいは特殊な船底条件の船舶５に搭載される水中探知装置４を簡単且つ安価、小型に構成することが可能になる。
【００７８】
（変形例）
尚、本実施形態においては、スイッチ駆動制御部１２が２個の超音波振動子２１・２２を交互に作動させる場合について説明しているが、これに限定されるものではない。また、本実施形態においては、駆動装置１が一つの送信部１１を備えているが、これに限定されるものでもない。
【００７９】
即ち、図８に示すように、駆動装置１は、超音波振動子２１および送信部１１の少なくとも一方が複数であり、トランス３１…が送信部１１から超音波振動子２１…への駆動信号の各出力経路６…中にそれぞれ設けられ、スイッチ部材３３…がスイッチ駆動信号によりトランス３１…の短絡状態と開放状態とを切り替え可能にされており、スイッチ駆動制御部１１２が、複数のトランス３１…の内の何れか一つが短絡状態となり、残りが開放状態となるように、スイッチ駆動信号を各スイッチ部材３３…にそれぞれ出力するようにされていてもよい。尚、スイッチ駆動制御部１１２は、複数のトランス３１…の内の一つが順番に短絡状態となり、残りが開放状態となるように、スイッチ駆動信号を各スイッチ部材３３…にそれぞれ出力するようにされていてもよい。この場合には、駆動信号の周波数に応じた超音波を一つの超音波振動子２１から順番に出力させることが可能になる。
【００８０】
この場合には、超音波振動子２１および送信部１１の少なくとも一方が複数であることによって、単数の超音波振動子２１に対して複数の送信部１１…が存在する第１形態と、複数の超音波振動子２１…に対して単数の送信部１１が存在する第２形態と、複数の超音波振動子２１…に対して複数の送信部１１…が存在する第３形態とを使用環境や用途に応じて構成することができる。また、出力経路６…は、使用環境や用途に応じて、送信部１１と超音波振動子２１とを１対１の関係で結んだり、１対ｎ（複数）、ｎ（複数）対１、ｎ（複数）対ｎ（複数）の関係で結ぶことが可能になる。
【００８１】
各出力経路６…には、トランス３１…が直列状態に設けられ、これらの各トランス３１…は、スイッチ部材３３…により短絡状態と開放状態とを切り替え可能にされている。そして、この切り替えは、スイッチ駆動制御部１２から各スイッチ部材３３…に出力されるスイッチ駆動信号によって、複数のトランス３１…の内の何れか一つが短絡状態となり、残りが開放状態となるように行われる。これにより、単数の超音波振動子２１に対して複数の送信部１１…が存在する第１形態で構成された場合には、各送信部１１…から出力される駆動信号の周波数に応じた超音波を一つの超音波振動子２１から出力させることが可能になる。即ち、例えば、各送信部１１…が異なる周波数の駆動信号を出力すれば、異なる超音波を一つの超音波振動子２１から出力させることが可能になる。
【００８２】
また、複数の超音波振動子２１…に対して単数の送信部１１が存在する第２形態で構成された場合には、一つの送信部１１から出力される駆動信号の周波数に応じた超音波を各超音波振動子２１…から出力させることが可能になる。
【００８３】
さらに、複数の超音波振動子２１…に対して複数の送信部１１…が存在する第３形態で構成された場合には、送信部１１…と超音波振動子２１…とを１対１の関係で結んでいたり、１対ｎ（複数）、ｎ（複数）対１、ｎ（複数）対ｎ（複数）の関係で結ぶことが可能になるため、上記の第１形態および第２形態を組み合わせた超音波の出力が可能になる。
【００８４】
以上、本発明の実施例を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。尚、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、超音波を出力する装置全般に利用することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１  駆動装置
３  切替部
４  水中探知装置
５  船舶
６・７  出力経路
１１  送信部
１２  スイッチ駆動制御部
１３  受信部
１４  操作部
１５  表示部
１６  制御部
１７  スイッチ駆動部
１８  反転回路
１９  送受信部
２０  送受切替回路
２１・２２  超音波振動子
３１  トランス
３１ａ・３２ａ  低圧側巻線
３１ｂ・３２ｂ  高圧側巻線
３３・３４  スイッチ部材
４２  支持台
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８７】
【特許文献１】特開２００２―２１０４０８号公報（図１）
【図１】
2010190866.tif 000003
【図２】
2010190866.tif 000004
【図３】
2010190866.tif 000005
【図４】
2010190866.tif 000006
【図５】
2010190866.tif 000007
【図６】
2010190866.tif 000008
【図７】
2010190866.tif 000009
【図８】
2010190866.tif 000010